Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...

Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...

Токи утечки стока, индуцированные затвором (GIDL)

2017-05-23 558
Токи утечки стока, индуцированные затвором (GIDL) 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Эффективная туннельная проницаемость подзатворного окисла сильно зависит от величины электрического поля в окисле. Максимальное электрическое поле в окисле сосредоточено в области между затвором и стоком, поскольку в этой области максимальна разность потенциалов между двумя электродами.

Рассмотрим случай сильного смещения на стоке VDS (~ VDD) >> VT и смещения на затворе меньше порогового VGS (~0) < VT. При этом между затвором и стоком появляется большая (порядка напряжения питания VDD) разность потенциалов и возникает сильное электрическое поле в окисле. Это приводит к тому, что в области перекрытия стока затвором реализуется режим глубокого обеднения (рис.7.9). Если изгиб зон на поверхности превысит величину ≈1,12эВ, равную ширине запрещенной зоны кремния, возникает режим инверсии и появляется возможность прямого туннелирования электронов из валентной зоны в зону проводимости (рис.7.10).

Переход электронов из валентной зоны в зону проводимости означает генерацию электронно-дырочных пар. При этом электроны движутся к электроду стока, а дырки уходят в подложку. Рассмотренный механизм возникновения тока утечки, индуцированный напряжением на затворе, называется GIDL – эффектом (Gate Induced Leakage Current). Поскольку все дырки, генерируемые межзонным туннелированием, уходят в подложку вследствие сильного латерального поля, обогащения поверхности дырками не происходит, и сохраняется режим глубокого обеднения.

 

 

 


С целью решения проблемы тока утечки были изучены транзисторы с различными структурами (рис. 7.11). В структуре SD отсутствует LDD область, в структуре ТOPS затвор полностью перекрывает LDD область, в структуре LDD − частично.

Типичные подпороговые характеристики трех рассматриваемых структур представлены на рис 7.12. Наибольший интерес представляют токи при Vg = 0 (при этом Vdg = 5В). Как следует из рисунка, структура с неполным перекрытием LDD области характеризуется очень низким GIDL-током, в то время как SD структура имеет ток утечки на 3 порядка больше.

Причины различия подпороговых характеристик трех рассматриваемых структур можно понять, рассмотрев квазидвумерную модель GIDL-тока.

Плотность туннельного тока, обусловленного туннелированием зона-зона очень сильно зависит от электрического поля (механизм Фаулера-Нордгейма (см. (7.3.3)). Электрическое поле ЕТ определяется векторной суммой вертикального ЕV (по оси x) и латерального ЕL (по оси y) полей:

. (7.6.1)

       
   
 
 
Рис. 7.11. Экспериментальные структуры с различными профилем примеси в стоке и перекрытием стока затвором

 

Рис.7.12 Подпороговые ВАХ для приборных структур SD, TOPS и LDD. Vd = 5В, dox =8,5нм.


 

 

Вертикальное электрическое поле в полупроводнике на границе раздела оксид-кремний в точке y находится из закона Гаусса: , где Qd − заряд в обедненной области полупроводника, y − текущая координата в горизонтальном направлении, отсчитываемая от края затвора. Предполагая условие полного обеднения, находим в точке y:

, (7.6.2)

то есть вертикальная составляющая электрического поля пропорциональна .

Из условия равенства электрических индукций на границе раздела окисел-кремний находим:

, (7.6.3)

где Vox − напряжение на окисле, VFB − напряжение плоских зон, dox − толщина окисла.

Приравнивая (7.6.2) и (7.6.3), получаем:

, (7.6.5)

где , , − удельная емкость окисла.

Латеральное электрическое поле находится дифференцированием (7.6.5) по у:

. (7.6.6)

Следовательно, латеральное электрическое поле пропорционально произведению величины поверхностного потенциала и относительного градиента распределения легирующей примеси в каждой точке у в области перекрытия стока затвором.

Из выражений (7.6.2) и (7.6.6) следует, что (при заданных толщине окисла и напряжения Vdg) на величину электрического поля оказывают главное влияние два фактора: концентрация примеси в стоке и ее градиент. При уменьшении концентрации примеси убывает вертикальное электрическое поле. В то же время при её увеличении существует некоторая критическая концентрация , при которой изгиб зон у поверхности становится недостаточным для туннелирования электронов (). Поэтому туннелирование происходит в очень узком диапазоне концентраций примеси.

Анализ показывает, что наименьшая величина результирующего электрического поля и наименьший GIDL-ток наблюдается в LDD структуре. Таким образом, использование LDD структуры с частичным перекрытием способно практически подавить GIDL-эффект. Однако не следует забывать, что LDD-область предназначена и для других целей, а именно подавления короткоканальных эффектов и борьбы с горячими носителями. Поэтому при оптимизации физической структуры наноэлектронных МОПТ с LDD проблемы GIDL-тока, надежность, обусловленная горячими носителями, нагрузочная способность по току, короткоканальные эффекты, а также паразитные компоненты (RS и Cgd) должны рассматриваться совместно.


Поделиться с друзьями:

История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...

Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...

История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.01 с.